Vu de l'espace, la Terre est bleue. La Terre est bleue depuis plus de 4 milliards d'années à cause de l'eau liquide à sa surface. Comment la Terre a-t-elle réussi à maintenir de l'eau liquide à sa surface pendant si longtemps ?

Il n'y a qu'une seule planète connue avec des masses d'eau liquide permanentes à sa surface :la nôtre. Les sciences de la Terre permettent d'expliquer pourquoi la Terre a presque toujours été bleue :il ne fait ni trop chaud ni trop froid. Si la Terre était d'abord rouge et noire, il est bleu depuis plus de 4 milliards d'années, à de rares exceptions près quand il faisait trop froid et se transformait en boule de neige blanche.

Cette caractéristique incroyable est due aux interactions du cycle de l'eau avec la tectonique des plaques et l'effet de serre, ainsi que la configuration du système solaire. Aujourd'hui, La température moyenne à la surface de la Terre est d'environ 15°C, plus froid que Vénus (465 °C) et plus chaud que Mars (-60 °C en moyenne). Sur Terre, au niveau de la mer, l'eau gèle en dessous de 0°C et bout à 100°C. La surface de la Terre est ainsi maintenue dans une fourchette de température qui peut nous sembler grande, mais est en fait assez étroit par rapport à d'autres planètes, et il l'est resté pendant des milliards d'années.

Les gaz à effet de serre jouent leur rôle

La température moyenne à la surface d'une planète dépend de l'interaction de trois paramètres qui peuvent fortement varier d'une planète à l'autre :

• L'énergie provenant du soleil.
• L'albédo de la surface, ce qui signifie combien il réfléchit le rayonnement solaire.
• Gaz à effet de serre, qui piègent le rayonnement solaire dans l'atmosphère terrestre. Sans gaz à effet de serre, La surface de la Terre serait à une température d'environ -15°C et probablement dépourvue d'eau liquide.

Interactions entre la lumière du soleil, albédo, et les gaz à effet de serre ont maintenu un bilan énergétique assez constant depuis l'apparition des premiers océans sur Terre.

Au début de l'histoire de la Terre, le jeune soleil était moins brillant et notre planète en recevait moins d'énergie. Cependant, niveaux de gaz à effet de serre tels que le CO 2 et le méthane étaient beaucoup plus élevés qu'aujourd'hui, qui maintenaient des températures de surface suffisamment élevées pour que l'eau soit liquide.

L'effet de serre diminue avec le temps car le CO 2 peut être retiré de l'atmosphère par deux processus. D'abord, l'effet acidifiant du CO 2 dissous dans les eaux de surface provoque la dissolution des roches, qui libère du calcium. Le calcium se combine avec le CO dissous 2 pour former des roches carbonatées comme le calcaire, l'un des principaux puits de carbone.

Le deuxième puits est le carbone organique stocké dans les roches sédimentaires. Les organismes terrestres et océaniques utilisent du CO 2 construire de la matière organique lors de la photosynthèse, dont une partie se dépose au fond de l'océan lorsque les organismes meurent. Là, la matière organique est incorporée dans les roches sédimentaires, où il peut être stocké pendant des millions d'années.

Sans tectonique, pas d'océans ; sans océans, pas de tectonique

Bien que les puits de carbone stockent le CO 2 loin de l'atmosphère, les volcans et les dorsales océaniques délivrent du CO 2 de nouveau dans l'atmosphère. Cette livraison est soutenue par la tectonique des plaques. Sur de longues périodes, la tectonique des plaques aide à maintenir la température de surface de la Terre dans la plage qui permet aux eaux de surface d'être liquides. La présence d'eau liquide et la tectonique des plaques sont donc intimement liées. Comment cela se passe-t-il ?

Le fond océanique est composé de plaques océaniques. Ils s'éloignent des dorsales océaniques, la chaîne de volcans sous-marins qui traverse la planète, puis vers les profondeurs de la Terre par subduction. Pendant les centaines de millions d'années qu'ils traversent les océans, les plaques océaniques s'hydratent :leurs minéraux incorporent de l'eau, ce qui modifie leurs propriétés mécaniques. Comme ils sont subduits, les plaques océaniques finissent par se déshydrater; l'eau libérée finit par produire des magmas qui forment des granites, le socle des continents. Sans eau liquide, il n'y aurait pas de tectonique et donc, pas de continents !

En raison de ce recyclage des anciennes plaques océaniques dans le manteau, de nouvelles plaques se forment constamment à partir de matériaux qui ont éclaté au niveau des dorsales océaniques. Au fur et à mesure que ce matériau s'élève à travers le manteau et jusqu'au fond de l'océan, il refroidit et libère du CO 2 , aider à maintenir les concentrations de gaz à effet de serre. L'eau reste liquide et la Terre reste bleue, comme c'est le cas depuis plusieurs milliards d'années.

Du noir et rouge au bleu

On a longtemps supposé que les corps célestes riches en eau du système solaire externe apportaient de l'eau à la Terre récemment formée. Un membre de notre équipe a récemment publié une étude qui remet en question cette hypothèse et suggère que l'eau, c'est-à-dire l'hydrogène et l'oxygène - auraient pu être apportés à la place par les roches qui ont formé la Terre.

Lorsque la Terre s'est formée il y a 4,5 milliards d'années, il faisait probablement trop chaud pour que l'eau soit liquide à la surface. Dans tous les cas, s'il y avait eu des océans, ils se seraient certainement vaporisés lors de l'impact géant entre la jeune Terre et un corps planétaire (probablement aussi gros que Mars), qui a fait fondre la surface de notre planète et a formé la Lune il y a 4,4 milliards d'années.

Alors que la surface de la Terre s'est lentement refroidie et solidifiée après l'impact, il était probablement recouvert de roches basaltiques sombres, sans vie ni eau. Les magmas de refroidissement libèrent des éléments tels que l'hydrogène, oxygène, et le carbone sous forme de gaz contenant des molécules telles que l'eau, gaz carbonique, et/ou méthane. Les premiers océans peuvent donc s'être formés relativement rapidement après l'impact. Les premiers minéraux connus sur Terre portent la signature chimique des interactions avec l'eau liquide. Ainsi, La Terre a peut-être été bleue pendant près de 4,4 milliards d'années.

La première preuve indiscutable des océans à la surface de la Terre a 3,8 milliards d'années, y compris les plus anciens sédiments marins, trouvé à Isua et Akilia (Groenland) et Nuvvuagittuq (Canada), et les plus anciennes laves d'oreillers, des roches de forme unique qui se forment lorsque la lave se refroidit sous l'eau.

Qu'ils soient âgés de 3,8 ou 4,4 milliards d'années, l'histoire des océans est liée à celle de la Terre et de la vie. Aujourd'hui, les activités humaines rendent les océans plus acides et plus chauds. Les océans ne disparaîtront pas, mais la vie à l'intérieur est en danger. Notre CO 2 les émissions dépassent les émissions volcaniques mondiales d'un facteur 70, mettant en danger l'équilibre existant entre les processus opérant à la surface de la Terre et ceux qui s'y trouvent profondément. Nos sociétés reposent sur les deux.

Cet article est republié à partir de The Conversation sous une licence Creative Commons. Lire l'article original.